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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Veredlung der Oberflächen von Formkörpern aus Celluloseestern, wobei die Oberflächen mit einer alkalischen, verseifenden Lösung behandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung mit einer alkalischen Lösung erfolgt, welche mindestens 40 Vol.%, bezogen auf Gesamt-Lösungsmittel, eines protischen und/oder dipolar aprotischen Lösungsmittels enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen von Formkörpern aus Celluloseacetaten, Celluloseacetopropionaten oder Celluloseacetobutyraten der Veredlungsbehandlung unterworfen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die alkalische Behandlungslösung ein Alkali- oder Erdalkalihydroxid enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungslösung zwecks Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit anorganische und/oder organische Salze enthält.
5. Verfahren nach einem der Anprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung mit alkalischer Lösung durch 1-bis l5minütiges Eintauchen in eine 1 - 50 g/l NaOH enthaltende Behandlungslösung bei einer Temperatur von 20-40 C erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungslösung 60-100 Vol.% bezogen auf Gesamt-Lösungsmittel, eines ein- oder zweiwertigen Alkohols enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als anorganische Salze Rhodanide verwendet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als anorganische Salze Acetate, Propionate, Butyrate oder Phtalate verwendet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche des mit alkalischer Lösung behandelten Formkörpers zusätzlich ein sauerstoff- und/oder stickstoffhaltiges Polymer als Kratzschutz aufgebracht wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht aus Harnstoff- bzw. Melamin-Formaldehydharz aufgebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht aus Polyurethan aufgebracht wird.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht aus Fluorsilikonen aufgebracht wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veredlung der Oberflächen von Formkörpern aus Celluloseestern.
Aus der DE-PS 2 148 007 ist ein Verfahren zur Herstellung von beschlagsfreien durchsichtigen bzw. reflektierenden Teilen für optische Geräte unter Verwendung von weichgemachten Celluloseestern bekannt, durch eine verseifende Nachbehandlung mit einer wässrigen alkalischen Lösung in Gegenwart von niederen ein-, zwei- oder dreiwertigen Alkoholen, Äthyldiglykol oder Diäthyläther. Die Behandlung erfolgt vorzugsweise durch 25minütiges Tauchen in eine 28% KOH-Lösung von 40"C, welche 7 Vol.% Äthanol als quellende Substanz enthält.
Diese Methode hat jedoch den Nachteil, dass sie relativ lange Behandlungszeiten erfordert. Ausserdem eignet sich dieses Verfahren nicht für die Veredlung grossflächiger Formkörper, wie Platten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Veredlung der Oberflächen von Formkörpern aus Celluloseestern zu schaffen, mit welchem die Reaktionsgeschwindigkeit wesentlich erhöht und damit die Behandlungsdauer entsprechend vermindert werden kann.
Die erfindungsgemässe Lösung der Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 enthalten. Die Ansprüche 2 bis 12 enthalten bevorzugte Ausbildungen des Verfahrens.
Es wurde überraschend gefunden, das in alkalischen, verseifenden Lösungen, welche mindestens 40, vorzugsweise 60 - 100 Vol.%, bezogen auf Lösungsmittel insgesamt, eines protischen und/oder dipolar aprotischen Lösungsmittels enthalten, nicht das OHo-Ion, sondern z.B. bei Alkoholen das Alkoholation R-O das den Celluloseester angreifende Agens darstellt. Damit stellt die Verseifung eine Umesterung des Acylrestes dar, in deren Folge die Cellulose freigemacht wird.
Es spielt sich somit die nachfolgende Reaktion ab:
EMI1.1
<tb> ¯¯ <SEP> CH,CO-O-R <SEP> 9 <SEP> 0
<tb> <SEP> $-R <SEP> CH,- <SEP> -Z <SEP> CH5-C-O-R <SEP> + <SEP> o-z
<tb> <SEP> O-R
<tb> <SEP> A+ <SEP> OH
<tb> <SEP> HO-Z <SEP> = <SEP> Zellulose <SEP> (cH <SEP> 9 <SEP> Zu <SEP> O <SEP> O <SEP> 1
<tb> <SEP> LCH3-C-OH <SEP> A <SEP> 9e <SEP> CH-C-ON <SEP> +
<tb> Bedingt durch die wesentlich stärkere Nucleophilie des Alkoholations gegenüber dem Hydroxylion zeichnet sich der unter den erfindungsgemässen Bedingungen durchgeführte Verseifungsprozess durch eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit aus. Als weitere Folge dieses Reaktionsmechanismus ist der gefundene Salzeffekt zu erwähnen, welcher ebenfalls zu einer deutlichen Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit beiträgt.
Die Ursache hierfür liegt in einem der obigen Reaktion vorgelagerten Gleichgewicht, wodurch die Konzentration des angreifenden Agens (R-OO) manipuliert wird.
Durch die erfindungsgemässe Behandlung von Formkörpern aus Cellulosederivaten wird das Material mit einer Cellulosenschicht versehen, welche drei verschiedene Funktionen ausüben kann, die je nach Anwendung die angestrebte Veredlung bewirken. Bei durchsichtigen Teilen für optische Geräte verhindert die Celluloseschicht den Beschlag mit Wasserdampf.
Sie dient als Barrierematerial für Gase und hydrophobe Substanzen.
Die Celluloseschicht stellt ferner als Folge ihrer chemischen Konstitution eine sehr geeignete Unterlage für eine weitere Beschichtung mit andersartigen sauerstoff- und/oder stickstoffhaltigen Polymeren, wie Harnstoff- bzw. Melamin Formaldehydharzen, Polyurethanen oder Fluorsilikonen dar, welche als Kratzschutz dienen. Die gute Haftung dieser Polymere bleibt erhalten, weil eine Migration von Weichmachern aus den Cellulosederivaten in den Überzug durch die Celluloseschicht verhindert wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Ausfüh
rungsbeispiele näher erläutert.
Beispiel 1
Eine Platte aus weichgemachtem Celluloseacetat wird in eine wässrige Lösung, enthaltend pro Liter 40 g NaOH und 630 ml Methanol, deren Temperatur 20"C beträgt, während 10 Min. eingetaucht und anschliessend mit entmineralisiertem Wasser ausgewaschen. Durch diese Behandlung wird die Platte mit einer Celluloseschicht mit einer Dicke von 70 llm versehen.
Beispiel 2
Eine Platte aus weichgemachtem Cellulose-Acetobutyrat wird in eine wässrige Lösung, enthaltend pro Liter 50 g NaOH und 700 ml Methanol, deren Temperatur 35"C beträgt, während 6 Min. eingetaucht und anschliessend mit entmineralisiertem Wasser ausgewaschen. Die bei dieser Behandlung erzielte Celluloseschicht weist eine Dicke von 14 Fm auf.
Beispiel 3
Eine Platte aus weichgemachtem Celluloseacetopropionat wird in eine wässrige Lösung, enthaltend pro Liter 30 g NaOH und 650 ml Methanol, deren Temperatur 35"C beträgt, während 10 Min. eingetaucht und anschliessend mit entmineralisiertem Wasser ausgewaschen. Die erzielte Celluloseschicht weist eine Dicke von 22 llm auf.
Beispiel4
Eine Platte aus weichgemachtem Celluloseacetopropionat wird in eine wässrige Lösung, enthaltend pro Liter 35 g NaOH, 100 ml Methyläthylketon und 400 ml Äthanol (96%ig), deren Temperatur 25"C beträgt, während 5 Min. eingetaucht. Die bei dieser Behandlung erzielte Celluloseschicht weist eine Dicke von 6 KLm auf.
BeispielS
Eine gemäss Beispiel 1 mit einer Celluloseschicht versehene Platte aus weichgemachtem Celluloseacetat wird zwecks Erzielung einer Kratzschutzschicht in eine Lösung, enthaltend 50 Teil Plastopal ATB (Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensat), 35 Teile Isopropanol, 1,7 Teile Acetylalkohol (96%ig) und 0,3 Teile konzentrierte Salzsäure bei Zimmertemperatur (25"C) eingetaucht und anschliessend während 5 Stunden bei 50 C getrocknet.
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PATENT CLAIMS
1. Process for refining the surfaces of molded articles made of cellulose esters, the surfaces being treated with an alkaline, saponifying solution, characterized in that the treatment is carried out with an alkaline solution which comprises at least 40% by volume, based on total solvent, of a contains protic and / or dipolar aprotic solvent.
2. The method according to claim 1, characterized in that the surfaces of moldings made of cellulose acetates, cellulose acetopropionates or cellulose acetobutyrates are subjected to the finishing treatment.
3. The method according to claim 1, characterized in that the alkaline treatment solution contains an alkali or alkaline earth metal hydroxide.
4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the treatment solution contains inorganic and / or organic salts in order to increase the reaction rate.
5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the treatment with alkaline solution is carried out by immersion for 1 to 15 minutes in a treatment solution containing 1-50 g / l NaOH at a temperature of 20-40 ° C.
6. The method according to claim 1, characterized in that the treatment solution contains 60-100 vol.% Based on total solvent, a mono- or dihydric alcohol.
7. The method according to claim 4, characterized in that rhodanides are used as inorganic salts.
8. The method according to claim 4, characterized in that acetates, propionates, butyrates or phthalates are used as inorganic salts.
9. The method according to claim 1, characterized in that an oxygen- and / or nitrogen-containing polymer is additionally applied to the surface of the shaped body treated with an alkaline solution as a scratch protection.
10. The method according to claim 9, characterized in that a layer of urea or melamine-formaldehyde resin is applied.
11. The method according to claim 9, characterized in that a layer of polyurethane is applied.
12. The method according to claim 9, characterized in that a layer of fluorosilicones is applied.
The invention relates to a method for finishing the surfaces of moldings made of cellulose esters.
From DE-PS 2 148 007 a process for the production of fog-free transparent or reflective parts for optical devices using plasticized cellulose esters is known, by saponification aftertreatment with an aqueous alkaline solution in the presence of lower mono-, di- or trivalent Alcohols, ethyl diglycol or diethyl ether. The treatment is preferably carried out by dipping for 25 minutes in a 28% KOH solution of 40 ° C. which contains 7% by volume of ethanol as the swelling substance.
However, this method has the disadvantage that it requires relatively long treatment times. In addition, this process is not suitable for the refinement of large moldings, such as plates.
The present invention has for its object to provide a method for finishing the surfaces of moldings made of cellulose esters, with which the reaction rate is increased significantly and thus the treatment time can be reduced accordingly.
The achievement of the object according to the invention is contained in the characterizing part of claim 1. Claims 2 to 12 contain preferred embodiments of the method.
It has surprisingly been found that in alkaline, saponifying solutions which contain at least 40, preferably 60-100% by volume, based on the total solvent, of a protic and / or dipolar aprotic solvent, not the OH ion, but e.g. in the case of alcohols the alcoholation R-O represents the agent attacking the cellulose ester. The saponification thus represents a transesterification of the acyl residue, as a result of which the cellulose is released.
The following reaction therefore takes place:
EMI1.1
<tb> ¯¯ <SEP> CH, CO-O-R <SEP> 9 <SEP> 0
<tb> <SEP> $ -R <SEP> CH, - <SEP> -Z <SEP> CH5-C-O-R <SEP> + <SEP> o-z
<tb> <SEP> O-R
<tb> <SEP> A + <SEP> OH
<tb> <SEP> HO-Z <SEP> = <SEP> cellulose <SEP> (cH <SEP> 9 <SEP> to <SEP> O <SEP> O <SEP> 1
<tb> <SEP> LCH3-C-OH <SEP> A <SEP> 9e <SEP> CH-C-ON <SEP> +
Due to the substantially stronger nucleophilicity of the alcohol ion compared to the hydroxyl ion, the saponification process carried out under the conditions according to the invention is distinguished by a high reaction rate. As a further consequence of this reaction mechanism, the salt effect found should be mentioned, which also contributes to a significant increase in the reaction rate.
The reason for this lies in an equilibrium upstream of the above reaction, whereby the concentration of the attacking agent (R-OO) is manipulated.
As a result of the treatment according to the invention of moldings made from cellulose derivatives, the material is provided with a cellulose layer which can perform three different functions which, depending on the application, bring about the desired refinement. In the case of transparent parts for optical devices, the cellulose layer prevents steaming up.
It serves as a barrier material for gases and hydrophobic substances.
As a result of its chemical constitution, the cellulose layer is also a very suitable base for a further coating with different types of oxygen- and / or nitrogen-containing polymers, such as urea or melamine-formaldehyde resins, polyurethanes or fluorosilicones, which serve as scratch protection. The good adhesion of these polymers is retained because the migration of plasticizers from the cellulose derivatives into the coating through the cellulose layer is prevented.
The invention is illustrated below with the aid of some embodiments
Rungsbeispiele explained in more detail.
example 1
A plate of plasticized cellulose acetate is immersed in an aqueous solution containing 40 g of NaOH and 630 ml of methanol per liter, the temperature of which is 20 ° C., for 10 minutes and then washed out with demineralized water. This treatment results in the plate being coated with a cellulose layer provided with a thickness of 70 llm.
Example 2
A plate of plasticized cellulose acetobutyrate is immersed in an aqueous solution containing 50 g of NaOH and 700 ml of methanol per liter, the temperature of which is 35 ° C., for 6 minutes and then washed out with demineralized water. The cellulose layer obtained in this treatment points a thickness of 14 Fm.
Example 3
A plate of plasticized cellulose acetopropionate is immersed in an aqueous solution containing 30 g of NaOH and 650 ml of methanol per liter, the temperature of which is 35 ° C., for 10 minutes and then washed out with demineralized water. The cellulose layer obtained has a thickness of 22 μm on.
Example4
A plate of plasticized cellulose acetopropionate is immersed in an aqueous solution containing 35 g of NaOH, 100 ml of methyl ethyl ketone and 400 ml of 96% ethanol (96%) per liter, the temperature of which is 25 ° C., for 5 minutes. The cellulose layer obtained in this treatment has a thickness of 6 KLm.
ExampleS
A plate made of plasticized cellulose acetate provided with a cellulose layer according to Example 1 is placed in a solution containing 50 parts of Plastopal ATB (urea-formaldehyde precondensate), 35 parts of isopropanol, 1.7 parts of acetyl alcohol (96%) and 0 to achieve a scratch protection layer , 3 parts of concentrated hydrochloric acid immersed at room temperature (25 "C) and then dried at 50 C for 5 hours.